Страница:
5 августа Уордену предстояло выйти в открытый космос, поэтому астронавты приступили к тщательной проверке скафандров. Все скафандры были соединены в единую систему. Первая проверка показала негерметичное соединение одной из перчаток. Второе испытание также показало негерметичность, по-видимому, из-за того, что в одно из соединений попала лунная пыль. И только на третьей проверке герметичность была достигнута.
В To +220 ч 26 мин перед запуском автоматического спутника была проведена коррекция орбиты корабля Apollo-15. После коррекции корабль вышел на орбиту 110/140 км. Автоматический спутник весом 35 кг был выброшен с корабля пружинным толкателем, сообщившим ему приращение скорости 1,2 м/сек. Спутник застабилизирован вращением. На спутнике установлены магнитометр, детектор космического излучения и приемо-передаточная радиостанция. По изменению орбиты спутника будут уточняться аномалии гравитационного поля Луны.
В To +223 ч 49 мин 5 августа на 74 витке по селеноцентрической орбите, когда корабль находился за Луной, был включен ЖРД служебного отсека, он проработал 142 сек и обеспечил переход на траекторию возвращения к Земле. В To +238 ч 15 мин корабль Apollo-15 вышел из сферы действия гравитационного поля Луны.
В To +242 ч 04 мин 5 августа, когда корабль находился на расстоянии примерно 300 000 км от Земли, астронавты разгерметизировали командный отсек. Уорден вышел из командного отсека в открытое космическое пространство, держась за перила основного блока, преодолел расстояние 5,5 м, отделяющее люк командного отсека от места расположения приборов в служебном отсеке, снял касету весом 33 кг и перенес ее в командный отсек; во втором выходе он снял вторую касету весом 10 кг. Эти касеты содержат более 5000 кадров фотографий ~20% поверхности Луны.
В To +291 ч 57 мин была произведена единственная коррекция траектории возвращения к Земле, которая потребовала приращения скорости 1,5 м/сек. Коррекция осуществлялась ЖРД реактивной системы управления, которые проработали 21 сек.
В To +294 ч 46 мин командный отсек отделился от служебного отсека и в To +294 ч 58 мин он вошел в атмосферу на высоте 120 км.
На высоте 7 км по сигналу барометрического датчика был сброшен передний теплозащитный экран командного отсека. Через 1,7 сек мартирки выбросили 2 тормозных стабилизирующих парашюта диаметром 4,9 м. Эти парашюты снизили скорость со 135 до 80 м/сек. На высоте ~3 км тормозные парашюты отделились и были выброшены 3 вытяжных парашюта диаметром 2,2 м, которые вытянули 3 главных парашюта диаметром 26 м. Все парашюты раскрылись, но один внезапно опал. Опавший парашют мог запутаться в стропах остальных двух парашютов и привести к катастрофе. Но счастью этого не произошло.
В To +295 ч 11 мин 42 сек 7 августа командный отсек корабля Apollo-15 совершил посадку в Тихом океане в 10 км авианосца «Окинава», примерно в 530 км к северу от острова Оаху (Гавайские о-ва).
Apollo-15 доставил, на Землю 77 кг различных лунных образцов. [18—30].
Apollo-16
В To +220 ч 26 мин перед запуском автоматического спутника была проведена коррекция орбиты корабля Apollo-15. После коррекции корабль вышел на орбиту 110/140 км. Автоматический спутник весом 35 кг был выброшен с корабля пружинным толкателем, сообщившим ему приращение скорости 1,2 м/сек. Спутник застабилизирован вращением. На спутнике установлены магнитометр, детектор космического излучения и приемо-передаточная радиостанция. По изменению орбиты спутника будут уточняться аномалии гравитационного поля Луны.
В To +223 ч 49 мин 5 августа на 74 витке по селеноцентрической орбите, когда корабль находился за Луной, был включен ЖРД служебного отсека, он проработал 142 сек и обеспечил переход на траекторию возвращения к Земле. В To +238 ч 15 мин корабль Apollo-15 вышел из сферы действия гравитационного поля Луны.
В To +242 ч 04 мин 5 августа, когда корабль находился на расстоянии примерно 300 000 км от Земли, астронавты разгерметизировали командный отсек. Уорден вышел из командного отсека в открытое космическое пространство, держась за перила основного блока, преодолел расстояние 5,5 м, отделяющее люк командного отсека от места расположения приборов в служебном отсеке, снял касету весом 33 кг и перенес ее в командный отсек; во втором выходе он снял вторую касету весом 10 кг. Эти касеты содержат более 5000 кадров фотографий ~20% поверхности Луны.
В To +291 ч 57 мин была произведена единственная коррекция траектории возвращения к Земле, которая потребовала приращения скорости 1,5 м/сек. Коррекция осуществлялась ЖРД реактивной системы управления, которые проработали 21 сек.
В To +294 ч 46 мин командный отсек отделился от служебного отсека и в To +294 ч 58 мин он вошел в атмосферу на высоте 120 км.
На высоте 7 км по сигналу барометрического датчика был сброшен передний теплозащитный экран командного отсека. Через 1,7 сек мартирки выбросили 2 тормозных стабилизирующих парашюта диаметром 4,9 м. Эти парашюты снизили скорость со 135 до 80 м/сек. На высоте ~3 км тормозные парашюты отделились и были выброшены 3 вытяжных парашюта диаметром 2,2 м, которые вытянули 3 главных парашюта диаметром 26 м. Все парашюты раскрылись, но один внезапно опал. Опавший парашют мог запутаться в стропах остальных двух парашютов и привести к катастрофе. Но счастью этого не произошло.
В To +295 ч 11 мин 42 сек 7 августа командный отсек корабля Apollo-15 совершил посадку в Тихом океане в 10 км авианосца «Окинава», примерно в 530 км к северу от острова Оаху (Гавайские о-ва).
Apollo-15 доставил, на Землю 77 кг различных лунных образцов. [18—30].
Apollo-16
16 апреля 1972 г. в 17 ч 54 мин по Гринвичу стартовала ракета-носитель Saturn-V и корабль Apollo-16 с экипажем: Джон Янг (командир корабля), Томас Маттингли (пилот командного отсека) и Чарльз Дьюк (пилот лунного корабля).
Программой полета предусматривалась посадка лунного корабля Apollo-16 на высокогорном Плато Калей в районе кратера Декарт, три выхода астронавтов Янга и Дьюка на поверхность Луны, поездки на луноходе и исследование Луны в районе кратера Декарт, (рис. 44.6). Расчетная продолжительность полета 12 сут 3 ч 36 мин.
Рис. 44.6. Места посадок лунных кораблей Apollo, точки падения ступеней S-IVB ракет-носителей и взлетных ступеней лучнного корабля
Рис. 44.7(а) Топографическая карта района посадки Apollo-16. Разность высот между линиями равных уровней составляет 10 м. Цифра на линии уровня, например 8050, обозначает высоту уровня в м над поверхностью сферической Луны радиуса 1738 мм.
Рис. 47.7 (б,в). Место посадки Apollo-16
Координаты расчетного места посадки 9°00'01" ю. ш. 15°30'59" в д., и высота 7830 м. над поверхностью сферической Луны радиуса 1738 км. (рис. 44.7).
Эскиз исследуемого астронавтами Apollo-16 участка Луны в районе кратера Декарт приведен на рис. 44.7.
Рис. 44.8. Участок Луны исследованный астронавтами Apollo-16
Измерения, проведенные в районе Апеннин в месте посадки Apollo-16 показали, что тепловой поток к поверхности Луны около 3/4-10-6 кал/см?сек. Среднее значение теплового потока у Земли только в 3 раза больше. Тепловой поток к поверхности Луны является следствием распада радиоактивных элементов. В образцах лунных пород исследованных на Земле, их оказалось очень много. Однако, такие образцы не могут быть во всей Луне, если бы они были, то внутренняя область Луны была бы полностью расплавлена.
Прибор для пассивного сейсмического исследования позволяет обнаружить естественные колебания почвы или удары о Луну частей космических аппаратов и метеоритов. Такие сигналы принимаются на Земле с мест посадок Apollo-12, 14 и 15 и наблюдается увеличение их силы, когда Луна находится на самом далеком и самом близком расстояниях от Земли, объяснения этому не найдено.
Новейшие исследования результатов падения на Луну космических аппаратов показали, что Луна покрыта корой толщиной 64 км, существенно отличающейся от вещества, составляющего внутреннюю область Луны.
Магнитное поле Луны может изменяться по амплитуде, частоте и направлению, поэтому магнитометры устанавливаемые на поверхности Луны, производят измерения поля в трех перпендикулярных направлениях тремя датчиками.
Постоянная составляющая магнитного поля Луны, измеренная в месте посадки Apollo-12, оказалась равной 35 гамма, в несколько раз больше чем ожидалось. Два измерения в месте посадки Apollo-14 дали значения величины магнитного поля 43 и 103 гамма в двух разных точках. Магнитное поле Луны очень мало, но компас показал бы Север, если трение было бы сделано бесконечно малым. Изменения магнитного поля по времени у поверхности Луны сильно зависят от электрической проводимости Луны. Электропроводимость горных пород изменяется с изменением температуры, поэтому данные магнитных измерений можно, использовать для вычисления температуры внутри Луны. Если воспользоваться имеющимися измерениями магнитного поля и подсчитать температуру, то оказывается, что Луна внутри сравнительно холодная. Ее температура 600…800°C. Но существует и другая точка зрения, заключающаяся в том что метод подсчета температуры содержит ошибки, на самом деле Луна внутри имеет более высокую температуру. Интересно, какая из этих двух точек зрения окажется справедливой.
Первоначально Apollo-16 выводится на эллиптическую орбиту ИСЛ с параметрами 111/314 км. Через несколько часоа корабль переводится на посадочную орбиту с параметрами 14,8/111 км, с которой через 171/2 ч после расстыковки лунный корабль совершает посадку.
В течение 17? ч с помощью комплекта приборов, установленных в служебном отсеке, производятся исследования и фотографирование Луны с орбиты ИСЛ. Перед посадкой лунного корабля основной блок переводится на круговую орбиту ИСЛ с высотой 111 км над поверхностью Луны. В течение следующих трех суток продолжаются исследования Луны с орбиты ИСЛ. За 20 ч до старта второй ступени лунного корабля с поверхности Луны изменяется плоскость орбиты основного блока, чтобы он оказался в наивыгоднейшем положении для встречи и стыковки. За несколько часов до выхода на траекторию возвращения к Земле Apollo-16 переводится на орбиту с параметрами 104/141 км для запуска c борта корабля ИСЛ.
Вторая 76 мм картографическая фотокамера имеет соединенные в одном блоке два фотоаппарата. Фотографирование Луны осуществляется через 76 мм картографическую линзу, одновременно другим аппаратом, направленным точно в противоположную сторону, фотографируется звездное небо. В дальнейшем это позволяет определить положение фотокамеры в пространстве и очень точно зафиксировав объекты поверхности Луны.
Орбита основного блока непрерывно определяется наземными станциями слежения с точностью 2…3 м. Лазерный альтиметр определяет расстояние между основным блоком и Луной с точностью около 1 м. Вычитанием мы получаем возвышение лунной поверхности. На рис. 44.9 представлены результаты измерений возвышения лунной поверхности с помощью лазерного альтиметра, произведенных в полете Apollo-15.
Рис. 44.9. Возвышения Лунной поверхности измеренные лазерным альтиметром в полете Apollo-15
Анализ результатов показывает, что центр массы Луны смещен на 21/2 км от центра объема в сторону середины расстояния между Морем Ясности и Морем Кризисов. Уже около двух лет известно, что в этих двух Морях находятся две самых больших гравитационных аномалии на видимой поверхности Луны.
Приемником рентгеновской флуоресценции и стандартным методом обработки измерений определяются входящие в состав лунной почвы элементы: литий, бериллий, бор, углерод, азот, кислород, неон, натрий, магний, алюминий, кремний и измеряется их количественный состав.
На рис. 44.10 показано изменение отношения алюминия к кремнию по долготе для одного оборота вокруг Луны по измерениям, произведенным в полете Apollo-15.
Измерения альфаспектрометром энергии альфа частиц происходящих при распаде радона, позволяет определить количество тория и урана в горных породах.
Рис. 44.10 Отношение интенсивностей Al/Si по долготе для одного оборота вокруг Луны. По измерениям в полете Apollo-15.
1 – Интенсивность Al/Si. 2 – Долгота, гр. 3 – Север Долины Шротер. 4 – Вблизи Долины Шротер. 5 – Море Дождей. 6 – Вблизи Архимеда. 7 – Апеннины. 8 – Кромка Моря Ясности. 9 – Море Ясности. 10 – Кромка Моря Ясности. 11 – Возвышенность восточнее Моря Ясности. 12 – Юго-Западнее Моря Кризисов. 13 – Кромка Моря Кризисов. 14 – Море Кризисов. 15 – Кромка Моря Кризисов. 16 – Возвышенность между Морями Кризисов и Смита. 17 – Кромка Моря Смита. 18 – Море Смита. 19 – Кромка Моря Смита. 20 – Возвышенность между Морем Смита и Циолковским. 21 – Возвышенность восточное кратера Циолковский.
Гаммаслектрометром измеряется энергия и длина волны ?-излучения. По ним определяются типы горных пород и составляется карта распределения различных типов горных пород по поверхности Луны. Эти исследования дают информацию о природе и эволюции Луны.
Масс-спектрометром определяется состав и плотность газовых молекул вдоль траектории полета. В течение 40 ч полета Apollo-15 по орбите ИСЛ было обнаружено много различных газов. До сих пор неясно почему приборы зарегистрировали вокруг Луны большое количество газа.
Приемоответчик, работающий в S-диапазоне, используется для регистрации небольших вариаций гравитационного поля Луны.
Если большая глыба, вещество с поперечником в 75 km и плотностью в 2 раза, больше, чем плотность Луны, окажется под орбитой полета Apollo-16, то корабль, приближаясь к ней, будет испытывать притяжение и скорость его станет возрастать, когда он пролетит над глыбой и начнет удаляться от нее, сила притяжения глыбы будет тормозить движение корабля и его скорость начнет уменьшаться. Эти небольшие изменения скорости измеряются с высокой точностью. С Земли на корабль посылается радиоволна очень стабильной частоты 2114 Мгц. Принятая кораблем частота умножается на постоянную 240/221 и передается на Землю. По допплеровcкому сдвигу частоты, принятой на Земле с летящего корабля, определяются небольшие изменения его скорости.
По измеренным вариациям скорости полета корабля определяются изменения гравитационного поля Луны вдоль следа орбиты ИСЛ.
Программа поездок на луноходе и исследований Луны в полете Apollo-16 приведена в таблице 28.
Старт ракеты-носителя Saturn V с кораблем Apollo-16 произведен в расчетное время в 28 ч 54 мин 16 апреля (здесь и далее время московское)[5]. Перед стартом был обнаружен выход из строя гироскопа в дублирующей системе управления ракеты-носителя Saturn V. Однако, анализ неисправности показал, что опасность не настолько велика, чтобы откладывать полет. В 21 ч 06 м последняя ступень ракеты-носителя с кораблем Apollo-16 вышла на орбиту ожидания с параметрами 172/176 км.
Второе включение ЖРД ступени S-IVB было произведено в 23 ч 13 мин. Двигатель проработал 343 сек и вывел корабль Apollo-16 на траекторию полета к Луне. 17 апреля в 0 ч 13 мин, когда корабль находился на расстоянии 11 000 км от Земли, закончилось перестроение отсеков Apollo. В 1 ч 09 мин корабль Apollo-16 отделился от ступени S-IVB.
В 4 ч 45 мин астронавты увидели в окно командного отсека летящие крупные хлопья и поток частиц коричневого цвета. От лунного корабля отделялась разрушающаяся теплоизоляция. В начале возникло предположение, что разрушение теплоизоляции происходит из-за утечки из какого-либо бака на лунном корабле.
Таблица 28
Основные этапы полета Apollo-16 приведены в табл. 29.
Было принято решение немедленно произвести проверку, баков. В 5 ч 15 мин астронавты Янг и Дьюк перешли в лунный корабль, и была произведена проверка баков. Ни в одном из баков не было обнаружено падения давления, что свидетельствовало об отсутствии утечки. В дальнейшем специалисты пришли к выводу, что разрушалась краска на кремнийорганической основе, являющаяся дополнительным средством теплоизоляции на случай, если корабль будет запущен на сутки позже и соответственно на сутки позже лунный корабль совершит посадку на поверхность Луны и будет находиться при более высоком восхождении Солнца. Поскольку старт произведен в расчетное время, необходимость в дополнительной теплоизоляции не возникает. Наиболее вероятной причиной разрушения, по-видимому, явилось попадание на изоляцию струи газов из ЖРД системы управления ориентацией основного блока.
Таблица 29
17 апреля после 8 ч отдыха и завтрака астронавты провели эксперименты по электрофорезу в условиях невесомости и регистрировали вспышки фосфенов. В 22 ч 20 мин 17 апреля корабль находился на половине расстояния между Землей и Луной.
18 апреля в 3 ч 26 мин была произведена первая коррекция траектории полета. Маршевый ЖРД служебного отсека проработал около 2 сек. и сообщил кораблю приращение скорости 3,75 м/сек. В 5 ч 59 мин, в соответствии с программой астронавты Янг и Дьюк перешли в лунный корабль для проверки бортовых систем. Проверка продолжалась два часа. 18 апреля после 8 ч отдыха Маттингли проводил очередную коррекцию гиростабилизированной платформы, наблюдая в телескоп планету Юпитер, внезапно зажегся аварийный сигнал, показывающий, что не происходит поворота одного из гироблоков. С Земли были переданы команды, которые Маттингли ввел в бортовую ЭЦВМ, и гироблок снова начал поворачиваться. Наблюдать звезды в телескоп было очень трудно из-за того, что вокруг корабля летали частицы отслоившейся краски. Поэтому Маттингли произвел выставку гироплатформы по Солнцу и Луне, наблюдавшимся без затруднений.
Проведенная имитация выставки гироплатформы на корабле Apollo-17 показала, что при заданной последовательности операций происходит отказ бортовой ЭЦВМ. Чтобы избежать повторения подобной неисправности, которая будет особенно опасной при переводе корабля на орбиту ИСЛ и при других маневрах была изменена последовательность операций. Руководители полета заявляли, что если бы не удалось устранить эту неисправность, от перевода корабля на орбиту ИСЛ пришлось бы отказаться, и он, облетев Луну на расстоянии 131 км, должен был возвратиться на Землю.
18 апреля вместо 20 ч 24 мин астронавтов разбудили на час раньше в связи с тем, что отказала автоматическая система переключения антенн. На трассе Земля – Луна корабль Apollo непрерывно вращается вокруг продольной оси, чтобы был равномерный нагрев корпуса Солнцем. Передатчик телеметрической информации, работающий на две антенны, автоматически переключается синхронно с вращением корабля на ту антенну, которая обращена к Земле. Отказ автоматического переключения привел к тому, что после каждого 11-минутного сеанса передачи телеинформации следовал перерыв продолжительностью 7,5 мин. В начале астронавты производили переключение антенн вручную, а затем была исправлена автоматическая система переключения.
Астронавты продолжали наблюдения фосфенов. В течение часа не зарегистрировали ни одной вспышки. Однако затем начали наблюдаться серии вспышек, и в течение часа Дьюк зарегистрировал 20 вспышек, а Янг 50. Маттингли не зарегистрировал ни одной, что пока не нашло объяснения.
19 апреля в 2 ч 44 мин астронавты Янг и Дьюк перешли в лунный корабль для очередной проверки бортовых систем. Провели тренировку по надеванию скафандров в условиях невесомости. Скафандр Дьюка оказался очень тесным. Янгу было очень трудно застегнуть «молнию» на спине скафандра Дьюка.
В 5 ч 07 мин корабль Apollo-16 вошел в поле тяготения Луны. Коррекция траектория, намеченная на 18 ч 23 мин, была отменена. При сближении с Луной на расстоянии примерно 30 000 км астронавты вели съемку Луны из командного отсека. В 18 ч 53 мин, когда корабль находился на расстоянии 21 000 км от Луны, была сброшена дверка, закрывающая комплект научных приборов, установленный в служебном отсеке.
В 23 ч 12 мин корабль Apollo-16 скрылся за диском Луны. В 23 ч 23 мин, когда корабль находился за Луной, был включен ЖРД служебного отсека, который проработал 375 сек и уменьшил скорость примерно на 1 км/сек. Когда корабль вышел из-за лунного диска, измерения показали, что он перешел на орбиту ИСЛ с параметрами 106/304 км. На третьем витке начальной орбиты ИСЛ астронавтам было разрешено перевести корабль на низкую эллиптическую орбиту, с которой производится посадка на Луну.
20 апреля в 3 ч 33 мин за Луной был включен ЖРД служебного отсека и проработал 24,2 сек, скорость корабля уменьшилась на 60 м/сек. Если бы ЖРД проработал на одну сек дольше расчетного времени, то корабль перешел бы на траекторию столкновения с Луной. Фактическая орбита корабля имела параметры 19,6/109,3 км. После ужина в 7 ч 24 мин начался очередной девятичасовой период отдыха астронавтов.
В 0 ч 03 мин 20 апреля, на 39 мин позже расчетного времени, на Луну упала ступень S-IVB ракеты-носителя Saturn V. Предполагалось, что ступень упадет в 220 км к западу от места посадки корабля Apollo-12 в Океане Бурь. Фактически ступень упала в 102 км к северу от места посадки Apollo-12. Скорость при падении равнялась 2,6 км/сек. При весе ступени около 15 т сила удара была эквивалентна взрыву 11 т тротила. Падение ступени было зарегистрировано сейсмометрами в местах посадок кораблей Apollo-12, 14 и 15. Анализ распространения сейсмической волны показал, что до глубины 24 км Луна имеет гетерогенную структуру. На глубине 64 км скорость сейсмической волны возросла до 8,8 км/сек. В настоящее время трудно объяснить какая структура лунных пород может привести к такому повышению скорости.
У экипажа корабля Apollo-15 наблюдались весьма значительные потери калия, у Скотта и Ирвина, выходивших на поверхность Луны, – до 15%, а у Уордена до 10%. Калий выделяется под действием нервных потрясений и выводится из организма мочой. Потеря калия может приводить к апатии, слабости и сердечной аритмии. У Скотта и Ирвина наблюдалась сердечная аритмия. Значительная потеря калия может вызвать паралич дыхательных мышц или остановку сердца.
Поэтому для экипажа корабля Apollo-16 была приготовлена пища с повышенным содержанием калия. Для Янга и Дьюка, которым предстоял выход на Луну, предусмотрено получение с пищей 135 миллиэквивалентов калия в сутки, для Маттингли – 105.
Янг и Дьюк перешли в лунный корабль в 18 ч 02 мин и начали проверку бортовых систем. Ими была обнаружена неисправность в системе управления остронаправленной антенны. На устранение этой неисправности ушло около часа.
На 12 витке по орбите ИСЛ в расчетное время 21 ч 07 мин, когда корабль находился за Луной, было произведено мягкое разделение лунного корабля от основного блока. В момент разделения параметры орбиты были 19,8/107,2 км.
В 22 ч 34 мин 17 сек Маттингли должен был включить ЖРД служебного отсека и перевести основной блок на орбиту встречи с параметрами 96/127 км. В 23 ч 04 мин лунный корабль вышел из-за Луны, Янг и Дьюк сообщили, что ЖРД служебного отсека не включался. Когда была восстановлена связь с основным блоком, Маттингли доложил, что при проверке перед включением ЖРД он обнаружил неисправность резервной системы управления отклонением ЖРД на кардане. В таком случае инструкцией запрещается включение ЖРД.
На пульте управления в командном отсеке имеется индикатор, указывающий отклонение ЖРД на кардане. При подключении резервной системы управления вектором тяги Маттингли обнаружил, что стрелка индикатора колеблется, это означало, что ЖРД в карданном подвесе не зафиксировался и качается относительно оси рыскания. Возникла весьма критическая ситуация. В связи с тем, что основной блок не был переведен на орбиту встречи, посадка лунного корабля была отложена.
Центр управления полетом располагал 10 ч (пять витков по орбите ИСЛ) для оценки аварии и принятия решения о возможности использования ЖРД служебного отсека. Если бы оказалось, что включение ЖРД могло привести к гибели корабля и экипажа, то предусматривалась немедленная стыковка основного блока с лунным кораблем и использование ЖРД посадочной ступени лунного корабля для возвращения на Землю. Так как это было сделано при аварии Apollo-13 в 1970 г
После разделения лунный корабль находился на расстоянии 180 м от основного блока. Когда была обнаружена неисправность и могла потребоваться аварийная стыковка, Центр управления полетом передал команду Маттингли сблизиться с лунным кораблем до расстояния 30 м, используя ЖРД реактивной системы управления ориентацией и совершать полет строем, соблюдая эту дистанцию. Основной блок и лунный корабль были ориентированы так, чтобы можно было немедленно начать операции по стыковке.
Программой полета предусматривалась посадка лунного корабля Apollo-16 на высокогорном Плато Калей в районе кратера Декарт, три выхода астронавтов Янга и Дьюка на поверхность Луны, поездки на луноходе и исследование Луны в районе кратера Декарт, (рис. 44.6). Расчетная продолжительность полета 12 сут 3 ч 36 мин.
Описание места посадки
Место посадки Apollo-16 находится в районе кратера Декарта, вблизи кратеров Абу-ль-фида, Кант, Цёльнер, Андель. Это южная часть высокогорного района Луны с высотами 7800—8050 м выше поверхности сферы Луны радиуса 1738 км.Координаты расчетного места посадки 9°00'01" ю. ш. 15°30'59" в д., и высота 7830 м. над поверхностью сферической Луны радиуса 1738 км. (рис. 44.7).
Эскиз исследуемого астронавтами Apollo-16 участка Луны в районе кратера Декарт приведен на рис. 44.7.
Исследования на поверхности Луны
Программа предусматривала три выхода астронавтов из лунного корабля на поверхность Луны продолжительностью по 7 ч каждый, наблюдение, исследование, сбор образцов лунных пород и установку на Луне комплекта научных приборов для пассивных и активных сейсмических исследований, измерений магнитного поля и теплового потока из внутренней области к поверхности Луны. Приборы связываются электрической цепью; источником энергии является термоэлектрический генератор мощностью 70 ватт, передача данных на Землю осуществляется по микроволновой радиолинии.Измерения, проведенные в районе Апеннин в месте посадки Apollo-16 показали, что тепловой поток к поверхности Луны около 3/4-10-6 кал/см?сек. Среднее значение теплового потока у Земли только в 3 раза больше. Тепловой поток к поверхности Луны является следствием распада радиоактивных элементов. В образцах лунных пород исследованных на Земле, их оказалось очень много. Однако, такие образцы не могут быть во всей Луне, если бы они были, то внутренняя область Луны была бы полностью расплавлена.
Прибор для пассивного сейсмического исследования позволяет обнаружить естественные колебания почвы или удары о Луну частей космических аппаратов и метеоритов. Такие сигналы принимаются на Земле с мест посадок Apollo-12, 14 и 15 и наблюдается увеличение их силы, когда Луна находится на самом далеком и самом близком расстояниях от Земли, объяснения этому не найдено.
Новейшие исследования результатов падения на Луну космических аппаратов показали, что Луна покрыта корой толщиной 64 км, существенно отличающейся от вещества, составляющего внутреннюю область Луны.
Магнитное поле Луны может изменяться по амплитуде, частоте и направлению, поэтому магнитометры устанавливаемые на поверхности Луны, производят измерения поля в трех перпендикулярных направлениях тремя датчиками.
Постоянная составляющая магнитного поля Луны, измеренная в месте посадки Apollo-12, оказалась равной 35 гамма, в несколько раз больше чем ожидалось. Два измерения в месте посадки Apollo-14 дали значения величины магнитного поля 43 и 103 гамма в двух разных точках. Магнитное поле Луны очень мало, но компас показал бы Север, если трение было бы сделано бесконечно малым. Изменения магнитного поля по времени у поверхности Луны сильно зависят от электрической проводимости Луны. Электропроводимость горных пород изменяется с изменением температуры, поэтому данные магнитных измерений можно, использовать для вычисления температуры внутри Луны. Если воспользоваться имеющимися измерениями магнитного поля и подсчитать температуру, то оказывается, что Луна внутри сравнительно холодная. Ее температура 600…800°C. Но существует и другая точка зрения, заключающаяся в том что метод подсчета температуры содержит ошибки, на самом деле Луна внутри имеет более высокую температуру. Интересно, какая из этих двух точек зрения окажется справедливой.
Исследования Луны с орбиты ИСЛ
В местах посадки кораблей Apollo исследуемая астронавтами поверхность Луны органичивается несколькими километрами и в сравнении со всей поверхностью исследуется только точка. Однако, проведя дополнительные исследования с орбиты ИСЛ можно проэкстраполировать некоторые данные, полученные на поверхности на всю Луну. С этой цельюна борту основного блока в служебном отсеке установлен комплект приборного оборудования, содержащий:гаммаспектрометр,Дверка, закрывающая комплект приборного оборудования, сбрасывается со служебного отсека за 41/2 ч до выхода корабля Apollo на орбиту ИСЛ.
приемник рентгеновской флуоресценции,
альфаспектрометр,
приемоответчик, работающий в S-диапазоне,
масс-спектрометр,
фотоаппараты с лазерным альтиметром,
спутник, выводимый на орбиту ИСЛ с магнитометром, счетчиком элементарных частиц и приемоответчиком, работающим в S-диапазоне.
Первоначально Apollo-16 выводится на эллиптическую орбиту ИСЛ с параметрами 111/314 км. Через несколько часоа корабль переводится на посадочную орбиту с параметрами 14,8/111 км, с которой через 171/2 ч после расстыковки лунный корабль совершает посадку.
В течение 17? ч с помощью комплекта приборов, установленных в служебном отсеке, производятся исследования и фотографирование Луны с орбиты ИСЛ. Перед посадкой лунного корабля основной блок переводится на круговую орбиту ИСЛ с высотой 111 км над поверхностью Луны. В течение следующих трех суток продолжаются исследования Луны с орбиты ИСЛ. За 20 ч до старта второй ступени лунного корабля с поверхности Луны изменяется плоскость орбиты основного блока, чтобы он оказался в наивыгоднейшем положении для встречи и стыковки. За несколько часов до выхода на траекторию возвращения к Земле Apollo-16 переводится на орбиту с параметрами 104/141 км для запуска c борта корабля ИСЛ.
Фотографирование Луны с орбиты ИСЛ
Панорамное фотографирование Луны с орбиты ИСЛ дает снимки с высокой разрешающей способностью, по которым определяется возвышение поверхности Луны вдоль следа траектории полета. Для этой цели используются два фотоаппарата и лазерный альтиметр. Фотоаппараты снабжены автоматическим управлением. Фотокамера непрерывно вращается в плоскости, перпендикулярной к траектории полета для осуществления панорамного сканирования. Она покачивается вперед и назад для получения стереопокрытия. Чтобы избежать смазывания изображения автоматически компенсируется поступательное движение основного блока. Кроме того одним из датчиков определяется отношение поступательной скорости к высоте над поверхностью Луны и автоматически вводится коррекция. Снимки, сделанные с высоты 111 км, получаются с разрешающей способностью 1…1,8 м.Вторая 76 мм картографическая фотокамера имеет соединенные в одном блоке два фотоаппарата. Фотографирование Луны осуществляется через 76 мм картографическую линзу, одновременно другим аппаратом, направленным точно в противоположную сторону, фотографируется звездное небо. В дальнейшем это позволяет определить положение фотокамеры в пространстве и очень точно зафиксировав объекты поверхности Луны.
Орбита основного блока непрерывно определяется наземными станциями слежения с точностью 2…3 м. Лазерный альтиметр определяет расстояние между основным блоком и Луной с точностью около 1 м. Вычитанием мы получаем возвышение лунной поверхности. На рис. 44.9 представлены результаты измерений возвышения лунной поверхности с помощью лазерного альтиметра, произведенных в полете Apollo-15.
Анализ результатов показывает, что центр массы Луны смещен на 21/2 км от центра объема в сторону середины расстояния между Морем Ясности и Морем Кризисов. Уже около двух лет известно, что в этих двух Морях находятся две самых больших гравитационных аномалии на видимой поверхности Луны.
Химические исследования с орбиты ИСЛ
С орбиты ИСЛ в полете Apollo-16 проводятся три различных исследования химического состава лунной поверхности непосредственно под основным блоком, позволяющие экстраполировать результаты, полученные астронавтами в месте посадки на всю Луну. Чувствительными приборами обследуется ограниченная площадь на лунной поверхности. Измерения, произведенные из любой точки орбиты ИСЛ, есть среднее значение величины для нескольких квадратных километров поверхности Луны под основным блоком.Приемником рентгеновской флуоресценции и стандартным методом обработки измерений определяются входящие в состав лунной почвы элементы: литий, бериллий, бор, углерод, азот, кислород, неон, натрий, магний, алюминий, кремний и измеряется их количественный состав.
На рис. 44.10 показано изменение отношения алюминия к кремнию по долготе для одного оборота вокруг Луны по измерениям, произведенным в полете Apollo-15.
Измерения альфаспектрометром энергии альфа частиц происходящих при распаде радона, позволяет определить количество тория и урана в горных породах.
1 – Интенсивность Al/Si. 2 – Долгота, гр. 3 – Север Долины Шротер. 4 – Вблизи Долины Шротер. 5 – Море Дождей. 6 – Вблизи Архимеда. 7 – Апеннины. 8 – Кромка Моря Ясности. 9 – Море Ясности. 10 – Кромка Моря Ясности. 11 – Возвышенность восточнее Моря Ясности. 12 – Юго-Западнее Моря Кризисов. 13 – Кромка Моря Кризисов. 14 – Море Кризисов. 15 – Кромка Моря Кризисов. 16 – Возвышенность между Морями Кризисов и Смита. 17 – Кромка Моря Смита. 18 – Море Смита. 19 – Кромка Моря Смита. 20 – Возвышенность между Морем Смита и Циолковским. 21 – Возвышенность восточное кратера Циолковский.
Гаммаслектрометром измеряется энергия и длина волны ?-излучения. По ним определяются типы горных пород и составляется карта распределения различных типов горных пород по поверхности Луны. Эти исследования дают информацию о природе и эволюции Луны.
Масс-спектрометром определяется состав и плотность газовых молекул вдоль траектории полета. В течение 40 ч полета Apollo-15 по орбите ИСЛ было обнаружено много различных газов. До сих пор неясно почему приборы зарегистрировали вокруг Луны большое количество газа.
Приемоответчик, работающий в S-диапазоне, используется для регистрации небольших вариаций гравитационного поля Луны.
Если большая глыба, вещество с поперечником в 75 km и плотностью в 2 раза, больше, чем плотность Луны, окажется под орбитой полета Apollo-16, то корабль, приближаясь к ней, будет испытывать притяжение и скорость его станет возрастать, когда он пролетит над глыбой и начнет удаляться от нее, сила притяжения глыбы будет тормозить движение корабля и его скорость начнет уменьшаться. Эти небольшие изменения скорости измеряются с высокой точностью. С Земли на корабль посылается радиоволна очень стабильной частоты 2114 Мгц. Принятая кораблем частота умножается на постоянную 240/221 и передается на Землю. По допплеровcкому сдвигу частоты, принятой на Земле с летящего корабля, определяются небольшие изменения его скорости.
По измеренным вариациям скорости полета корабля определяются изменения гравитационного поля Луны вдоль следа орбиты ИСЛ.
Программа поездок на луноходе и исследований Луны в полете Apollo-16 приведена в таблице 28.
Старт ракеты-носителя Saturn V с кораблем Apollo-16 произведен в расчетное время в 28 ч 54 мин 16 апреля (здесь и далее время московское)[5]. Перед стартом был обнаружен выход из строя гироскопа в дублирующей системе управления ракеты-носителя Saturn V. Однако, анализ неисправности показал, что опасность не настолько велика, чтобы откладывать полет. В 21 ч 06 м последняя ступень ракеты-носителя с кораблем Apollo-16 вышла на орбиту ожидания с параметрами 172/176 км.
Второе включение ЖРД ступени S-IVB было произведено в 23 ч 13 мин. Двигатель проработал 343 сек и вывел корабль Apollo-16 на траекторию полета к Луне. 17 апреля в 0 ч 13 мин, когда корабль находился на расстоянии 11 000 км от Земли, закончилось перестроение отсеков Apollo. В 1 ч 09 мин корабль Apollo-16 отделился от ступени S-IVB.
В 4 ч 45 мин астронавты увидели в окно командного отсека летящие крупные хлопья и поток частиц коричневого цвета. От лунного корабля отделялась разрушающаяся теплоизоляция. В начале возникло предположение, что разрушение теплоизоляции происходит из-за утечки из какого-либо бака на лунном корабле.
Таблица 28
Было принято решение немедленно произвести проверку, баков. В 5 ч 15 мин астронавты Янг и Дьюк перешли в лунный корабль, и была произведена проверка баков. Ни в одном из баков не было обнаружено падения давления, что свидетельствовало об отсутствии утечки. В дальнейшем специалисты пришли к выводу, что разрушалась краска на кремнийорганической основе, являющаяся дополнительным средством теплоизоляции на случай, если корабль будет запущен на сутки позже и соответственно на сутки позже лунный корабль совершит посадку на поверхность Луны и будет находиться при более высоком восхождении Солнца. Поскольку старт произведен в расчетное время, необходимость в дополнительной теплоизоляции не возникает. Наиболее вероятной причиной разрушения, по-видимому, явилось попадание на изоляцию струи газов из ЖРД системы управления ориентацией основного блока.
Таблица 29
18 апреля в 3 ч 26 мин была произведена первая коррекция траектории полета. Маршевый ЖРД служебного отсека проработал около 2 сек. и сообщил кораблю приращение скорости 3,75 м/сек. В 5 ч 59 мин, в соответствии с программой астронавты Янг и Дьюк перешли в лунный корабль для проверки бортовых систем. Проверка продолжалась два часа. 18 апреля после 8 ч отдыха Маттингли проводил очередную коррекцию гиростабилизированной платформы, наблюдая в телескоп планету Юпитер, внезапно зажегся аварийный сигнал, показывающий, что не происходит поворота одного из гироблоков. С Земли были переданы команды, которые Маттингли ввел в бортовую ЭЦВМ, и гироблок снова начал поворачиваться. Наблюдать звезды в телескоп было очень трудно из-за того, что вокруг корабля летали частицы отслоившейся краски. Поэтому Маттингли произвел выставку гироплатформы по Солнцу и Луне, наблюдавшимся без затруднений.
Проведенная имитация выставки гироплатформы на корабле Apollo-17 показала, что при заданной последовательности операций происходит отказ бортовой ЭЦВМ. Чтобы избежать повторения подобной неисправности, которая будет особенно опасной при переводе корабля на орбиту ИСЛ и при других маневрах была изменена последовательность операций. Руководители полета заявляли, что если бы не удалось устранить эту неисправность, от перевода корабля на орбиту ИСЛ пришлось бы отказаться, и он, облетев Луну на расстоянии 131 км, должен был возвратиться на Землю.
18 апреля вместо 20 ч 24 мин астронавтов разбудили на час раньше в связи с тем, что отказала автоматическая система переключения антенн. На трассе Земля – Луна корабль Apollo непрерывно вращается вокруг продольной оси, чтобы был равномерный нагрев корпуса Солнцем. Передатчик телеметрической информации, работающий на две антенны, автоматически переключается синхронно с вращением корабля на ту антенну, которая обращена к Земле. Отказ автоматического переключения привел к тому, что после каждого 11-минутного сеанса передачи телеинформации следовал перерыв продолжительностью 7,5 мин. В начале астронавты производили переключение антенн вручную, а затем была исправлена автоматическая система переключения.
Астронавты продолжали наблюдения фосфенов. В течение часа не зарегистрировали ни одной вспышки. Однако затем начали наблюдаться серии вспышек, и в течение часа Дьюк зарегистрировал 20 вспышек, а Янг 50. Маттингли не зарегистрировал ни одной, что пока не нашло объяснения.
19 апреля в 2 ч 44 мин астронавты Янг и Дьюк перешли в лунный корабль для очередной проверки бортовых систем. Провели тренировку по надеванию скафандров в условиях невесомости. Скафандр Дьюка оказался очень тесным. Янгу было очень трудно застегнуть «молнию» на спине скафандра Дьюка.
В 5 ч 07 мин корабль Apollo-16 вошел в поле тяготения Луны. Коррекция траектория, намеченная на 18 ч 23 мин, была отменена. При сближении с Луной на расстоянии примерно 30 000 км астронавты вели съемку Луны из командного отсека. В 18 ч 53 мин, когда корабль находился на расстоянии 21 000 км от Луны, была сброшена дверка, закрывающая комплект научных приборов, установленный в служебном отсеке.
В 23 ч 12 мин корабль Apollo-16 скрылся за диском Луны. В 23 ч 23 мин, когда корабль находился за Луной, был включен ЖРД служебного отсека, который проработал 375 сек и уменьшил скорость примерно на 1 км/сек. Когда корабль вышел из-за лунного диска, измерения показали, что он перешел на орбиту ИСЛ с параметрами 106/304 км. На третьем витке начальной орбиты ИСЛ астронавтам было разрешено перевести корабль на низкую эллиптическую орбиту, с которой производится посадка на Луну.
20 апреля в 3 ч 33 мин за Луной был включен ЖРД служебного отсека и проработал 24,2 сек, скорость корабля уменьшилась на 60 м/сек. Если бы ЖРД проработал на одну сек дольше расчетного времени, то корабль перешел бы на траекторию столкновения с Луной. Фактическая орбита корабля имела параметры 19,6/109,3 км. После ужина в 7 ч 24 мин начался очередной девятичасовой период отдыха астронавтов.
В 0 ч 03 мин 20 апреля, на 39 мин позже расчетного времени, на Луну упала ступень S-IVB ракеты-носителя Saturn V. Предполагалось, что ступень упадет в 220 км к западу от места посадки корабля Apollo-12 в Океане Бурь. Фактически ступень упала в 102 км к северу от места посадки Apollo-12. Скорость при падении равнялась 2,6 км/сек. При весе ступени около 15 т сила удара была эквивалентна взрыву 11 т тротила. Падение ступени было зарегистрировано сейсмометрами в местах посадок кораблей Apollo-12, 14 и 15. Анализ распространения сейсмической волны показал, что до глубины 24 км Луна имеет гетерогенную структуру. На глубине 64 км скорость сейсмической волны возросла до 8,8 км/сек. В настоящее время трудно объяснить какая структура лунных пород может привести к такому повышению скорости.
У экипажа корабля Apollo-15 наблюдались весьма значительные потери калия, у Скотта и Ирвина, выходивших на поверхность Луны, – до 15%, а у Уордена до 10%. Калий выделяется под действием нервных потрясений и выводится из организма мочой. Потеря калия может приводить к апатии, слабости и сердечной аритмии. У Скотта и Ирвина наблюдалась сердечная аритмия. Значительная потеря калия может вызвать паралич дыхательных мышц или остановку сердца.
Поэтому для экипажа корабля Apollo-16 была приготовлена пища с повышенным содержанием калия. Для Янга и Дьюка, которым предстоял выход на Луну, предусмотрено получение с пищей 135 миллиэквивалентов калия в сутки, для Маттингли – 105.
Янг и Дьюк перешли в лунный корабль в 18 ч 02 мин и начали проверку бортовых систем. Ими была обнаружена неисправность в системе управления остронаправленной антенны. На устранение этой неисправности ушло около часа.
На 12 витке по орбите ИСЛ в расчетное время 21 ч 07 мин, когда корабль находился за Луной, было произведено мягкое разделение лунного корабля от основного блока. В момент разделения параметры орбиты были 19,8/107,2 км.
В 22 ч 34 мин 17 сек Маттингли должен был включить ЖРД служебного отсека и перевести основной блок на орбиту встречи с параметрами 96/127 км. В 23 ч 04 мин лунный корабль вышел из-за Луны, Янг и Дьюк сообщили, что ЖРД служебного отсека не включался. Когда была восстановлена связь с основным блоком, Маттингли доложил, что при проверке перед включением ЖРД он обнаружил неисправность резервной системы управления отклонением ЖРД на кардане. В таком случае инструкцией запрещается включение ЖРД.
На пульте управления в командном отсеке имеется индикатор, указывающий отклонение ЖРД на кардане. При подключении резервной системы управления вектором тяги Маттингли обнаружил, что стрелка индикатора колеблется, это означало, что ЖРД в карданном подвесе не зафиксировался и качается относительно оси рыскания. Возникла весьма критическая ситуация. В связи с тем, что основной блок не был переведен на орбиту встречи, посадка лунного корабля была отложена.
Центр управления полетом располагал 10 ч (пять витков по орбите ИСЛ) для оценки аварии и принятия решения о возможности использования ЖРД служебного отсека. Если бы оказалось, что включение ЖРД могло привести к гибели корабля и экипажа, то предусматривалась немедленная стыковка основного блока с лунным кораблем и использование ЖРД посадочной ступени лунного корабля для возвращения на Землю. Так как это было сделано при аварии Apollo-13 в 1970 г
После разделения лунный корабль находился на расстоянии 180 м от основного блока. Когда была обнаружена неисправность и могла потребоваться аварийная стыковка, Центр управления полетом передал команду Маттингли сблизиться с лунным кораблем до расстояния 30 м, используя ЖРД реактивной системы управления ориентацией и совершать полет строем, соблюдая эту дистанцию. Основной блок и лунный корабль были ориентированы так, чтобы можно было немедленно начать операции по стыковке.